3C + 2L)/sapt. – specializarile IPA, IB • (3C + 1S)/sapt ... · PDF...
Transcript of 3C + 2L)/sapt. – specializarile IPA, IB • (3C + 1S)/sapt ... · PDF...
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 12
STRUCTURASTRUCTURA• OPERATII UNITARE 1 (6 credite)
– Semestrul 5/7: • (3C + 2L)/sapt. – specializarile IPA, IB• (3C + 1S)/sapt. – specializarea EPI
• Titular disciplina:– Curs: Prof. univ. dr. ing. Lucian Gavrila– Lab./Sem.: Asist. univ. dr. ing. Andrei Simion
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 13
CONDITIONARICONDITIONARI• Statut: disciplina obligatorie• Categorie: disciplina in domeniu• Discipline anterioare promovate(recomandare):
• Matematici aplicate 1, 2, 3 – IPA, IB, EPI• Fizica 1, 2 – IPA, IB, EPI• Fenomene de transfer – IPA, IB• Chimie fizica si coloidala – IPA, IB• Mecanica fluidelor si masini hidraulice – EPI• Termotehnica - EPI
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 14
OBIECTIVELE DISCIPLINEIOBIECTIVELE DISCIPLINEI“OPERATII UNITARE 1”“OPERATII UNITARE 1”
• însuşirea cunoştinţelor teoretice referitoare la operaţiile hidrodinamice, operaţiile termice şi operaţiile difuzionalespecifice industriilor de proces in general, industrieialimentare şi biotehnologiilor in particular;
• deprinderea de abilităţi practice în măsurarea, analiza şi interpretarea datelor experimentale în procesele de transport, amestecare, separare hidrodinamică, încălzire, răcire, evaporare, condensare, cristalizare, uscare, distilare, etc.;
• deprinderea de abilităţi practice în analiza funcţionării şi calculul de dimensionare al echipamentelor de transfer de impuls, transfer de caldura si transfer de masa.
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 15
NOTARENOTARE• Forma de verificare: examen• Modalitatea de sustinere: scris• Stabilirea notei finale:
100%TOTAL
25 %Teme de casă
25 %Lucrare de verificare (Sapt. 10/11 la lab./sem. – 2 h)
25 %Evaluare activităti aplicative (lab., sem.)
25 %Examen final (in sesiune – 3 h)
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 16
Condiţii minime de promovareCondiţii minime de promovare(cum se obţine nota 5)(cum se obţine nota 5)
• efectuarea integrală a lucrărilor de laborator;
• nota > 4,5 la laborator/seminar;• participarea la lucrarea de verificare
semestrială;• predarea la termen a temelor de casă;• obtinerea unei note > 4,5 la examenul final.
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 17
Condiţii de obţinere a notei maximeCondiţii de obţinere a notei maxime(cum se obţine nota (cum se obţine nota 1010))
• efectuarea integrală şi corectă a tuturorlucrărilor de laborator;
• nota > 9 la laborator/seminar;• participare la lucrarea semestrială şi
obţinerea a minim 9/10 puncte;• predarea şi rezolvarea corectă şi la termen
a tuturor temelor de casă;• obtinerea a minim 9/10 puncte la examenul
final.
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 18
BIBLIOGRAFIE OBLIGATORIEBIBLIOGRAFIE OBLIGATORIE1. Gavrilă, L.: Fenomene de
transfer, vol. I-II, Ed. Alma Mater, Bacău, 2000; sau:
2. Gavrilă, L., Zichil, V.:Bazele inginerie în industria alimentară şi biotehnologii– Fenomenede transfer, Ed. Tehnica-Info, Chişinău, 2000.
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 19
BIBLIOGRAFIE OBLIGATORIEBIBLIOGRAFIE OBLIGATORIE3. Gavrilă, L.:
Transportul fluidelor – Aplicaţii în industria alimentară şi biotehnologii, Ed. Tehnica-Info, Chişinău, 2002;
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 110
BIBLIOGRAFIE OBLIGATORIEBIBLIOGRAFIE OBLIGATORIE4. Gavrilă, L.: Operaţii
unitare în industria alimentară şi biotehnologii, Vol. 1.2. – Amestecarea, Universitatea din Bacău, 2001, format electronic;
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 111
BIBLIOGRAFIE OBLIGATORIEBIBLIOGRAFIE OBLIGATORIE5. Gavrilă, L.: Operaţii unitare 1 – note de curs,
format electronic.
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 112
BIBLIOGRAFIE OBLIGATORIEBIBLIOGRAFIE OBLIGATORIE• Fenomene de transfer vol. 1 (Transfer de
impuls): http://cadredidactice.ub.ro/gavrilalucian/files/2011/03/fenomene-de-transfer-1.pdf
• Fenomene de transfer vol. 2 (Transfer de caldura si masa): http://cadredidactice.ub.ro/gavrilalucian/files/2011/03/fenomene-de-transfer-2.pdf
• Operatii unitare vol 1:http://cadredidactice.ub.ro/gavrilalucian/files/2012/10/operatii-unitare-vol-1.pdf
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 113
CursuriCursuri, , temeteme, , rezultaterezultate• http://cadredidactice.ub.ro/gavrilalucian/
– http://cadredidactice.ub.ro/gavrilalucian/info-contact/
– http://cadredidactice.ub.ro/gavrilalucian/studenti/
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 114
BIBLIOGRAFIE SUPLIMENTARABIBLIOGRAFIE SUPLIMENTARA1. Bratu, E.: Operatii unitare in ingineria
chimica, vol. 1-3, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1984-1985;
2. Răşenescu, I.: Operatii si utilaje in industria alimentara, vol. 1-2, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1971
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 115
BIBLIOGRAFIE SUPLIMENTARABIBLIOGRAFIE SUPLIMENTARA3. Richardson, J.F.,
Harker, J.H., Backhurst, J.: Chemical Engineering, Vol. 2 - Particle Technology and Separation Processes, Butterworth-Heinemann, 2002
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 116
BIBLIOGRAFIE SUPLIMENTARABIBLIOGRAFIE SUPLIMENTARA
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 117
CONTINUTUL CURSULUICONTINUTUL CURSULUI
2
SEDIMENTAREA: definiţie, factori de influenţă, calculul vitezei de sedimentare, sedimentarea S – L, sedimentarea S – G, sedimentarea L – L, echipamente pentru sedimentare specifice industriei alimentare şi biotehnologiilor
6.
2AMESTECAREA: eficienţa amestecării, calculul puterii la amestecare, transpunerea la scară a amestecătoarelor
5.
2PRODUCEREA VIDULUI: clasificarea pompelor de vid, mărimi caracteristice, tipuri reprezentative de pompe de vid, aplicatii
4.
2TRANSPORTUL SI COMPRIMAREA GAZELOR: consideraţii generale, compresoare volumice cu mişcări alternative, compresoare volumice rotative, compresoare rotodinamice
3.
2
TRANSPORTUL LICHIDELOR: consideraţii generale, ecuaţia Bernoulli, caracteristicile pompelor, pompe fără elemente mobile, pompe cu mişcări alternative, pompe rotative, pompe centrifuge
2.2INTRODUCERE: obiectul cursului, prezentare generală, cerinţe1.
Nr. oreContinutCap.
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 118
CONTINUTUL CURSULUICONTINUTUL CURSULUI
2RĂCIREA: agenţi de răcire, modalităţi de răcire, răcire moderată şi înaintată, aplicaţii specifice industriei alimentare şi biotehnologiilor, refrigerarea şi congelarea
11.
2ÎNCĂLZIREA: agenţi de încălzire, încălzirea aparatelor şi reactoarelor, modalităţi de încălzire, calculul proceselor de încălzire,
10.
2
FLUIDIZAREA si TRANSPORTUL PNEUMATIC: principiul procesului, calculul vitezei minime de fluidizare şi a vitezei de antrenare, transfer de masă şi căldură în strat fluidizat, aplicaţii specifice, calculul instalaţiilor de transport pneumatic, aplicaţii specifice industriei alimentare
9.
2
CENTRIFUGAREA: definiţie, aplicaţii specifice, sedimentarea în câmp de forţe centrifugal, filtrarea în câmp de forţe centrifugal, echipamente pentru centrifugare specifice industriei alimentare şi biotehnologiilor
8.
2FILTRAREA: definiţie, factori de influenţă, teoriile filtrării, echipamente pentru filtrare specifice industriei alimentare şi biotehnologiilor
7.
Nr. oreContinutCap.
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 119
CONTINUTUL CURSULUICONTINUTUL CURSULUI
2CRISTALIZAREA: definiţie, factori de influenţă, calculul operatiei, utilaje şi instalaţii pentru cristalizare, aplicaţii specifice industriei alimentare şi biotehnologiilor
15.
2PASTEURIZAREA SI STERILIZAREA: definiţie, factori de influenţă, utilaje şi instalaţii pentru pasteurizare şi sterilizare, aplicaţii specifice industriei alimentare şi biotehnologiilor
14.
2CONDENSAREA: definiţie, factori de influenţă, condensatoare de suprafaţă şi de amestec, calculul condensatoarelor, aplicaţii specifice industriei alimentare
13.
2
EVAPORAREA: definiţie, factori de influenţă, evaporarea simplă, evaporarea multiplă, evaporarea cu compresie mecanică de vapori, evaporarea cu termocompresie, calculul instalaţiilor de evaporare, tipuri de evaporatoare, instalaţii de evaporare specifice industriei alimentare şi biotehnologiilor
12.
Nr. oreContinutCap.
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 120
CONTINUTUL CURSULUICONTINUTUL CURSULUI
2INTEGRAREA si INTENSIFICAREA PROCESELOR21.
2ABSORBTIA si ADSORBTIA: definiţie, factori de influenţă, calculul operatiilor, aplicaţii specifice industriei alimentare şi biotehnologiilor
20.
2EXTRACTIA LICHID-SOLID: definiţie, factori de influenţă, calculul operatiei, aplicaţii specifice industriei alimentare şi biotehnologiilor
19.
2EXTRACTIA LICHID-LICHID: definiţie, factori de influenţă, calculul operatiei, aplicaţii specifice industriei alimentare şi biotehnologiilor
18.
2DISTILAREA si RECTIFICAREA: definiţie, factori de influenţă, calculul operatiei, aplicaţii specifice industriei alimentare şi biotehnologiilor
17.
2USCAREA: definiţie, factori de influenţă, calculul operatiei, agentide uscare, aplicaţii specifice industriei alimentare şi biotehnologiilor
16.
Nr. oreContinutCap.
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 121
INDUSTRIILE DE PROCESINDUSTRIILE DE PROCES– Sunt industrii bazate pe procesetehnologice în urma cărora materiile prime (naturale, artificiale sau sintetice) sunttransformate, printr-o succesiune de procese (mecanice, fizice, chimice, biochimice), care au drept urmaremodificarea stării, compoziţiei sauconţinutului lor energetic, în scopulobţinerii unor produse finite sausemifabricate de valoare şi utilitatesuperioară.
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 122
ExempleExemple de de industriiindustrii de de procesproces::• Industria chimică• Rafinarea petrolului• Industria petrochimică• Industria celulozei şi hârtiei• Industria produselor alimentare• Industria farmaceutică• Industria metalurgică• Energetica
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 123
ProcesulProcesul tehnologictehnologic
PROCES TEHNOLOGIC
Materii prime INTRARI
Produse finite(Semifabricate)
IESIRI
“CUTIE NEAGRA”
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 124
ProcesulProcesul tehnologictehnologic
Materii prime Produse finite
“CUTIE NEAGRA”
INTRARI IESIRIPROCES TEHNOLOGIC
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 125
ProcesulProcesul tehnologictehnologic
Produse finite
“CUTIE NEAGRA”
Materii prime
INTRARI
IESIRI
PROCES TEHNOLOGIC
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 126
PROCESUL TEHNOLOGICPROCESUL TEHNOLOGIC
• Oricat de complex ar fi, un PROCES TEHNOLOGIC este format dintr-o succesiune de operatii bazate pe procese fizice si/sau chimice:- Operatii de pregatire a materiilor prime
(bazate pe fenomene fizice);- Operatii de transformare moleculara
(bazate pe fenomene chimice);- Operatii de separare a produselor
(bazate pe fenomene fizice).
Procese fizicede pregatire
Procesechimice
Procese fizicede separare
MateriiPrimeAuxiliare
ProdusePrincipaleAuxiliare
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 127
Clasificarea proceselor componente ale unui proces tehnologic
linurifermentarebioreactoarede specii moleculare sau ionice, în prezenţa unor organisme vii
bio-chimic
reactoare catalitice
hidrogenarea uleiurilor vegetale
reactoarede specii moleculare sau ionicechimic
coloane de distilaredistilareaparate
de presiune, temperatură, concentraţie, stare de agregare
fizic
morimăcinaremaşinide formă şi/sau dimensiunimecanic
utilajeprocese
Exemple deUtilajele în care se
desfăşoară
Modificările suferite de materiale
Tipul proce-sului
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 128
PROCESUL TEHNOLOGICPROCESUL TEHNOLOGIC
Pregatireamateriilor prime
Reactia(chimica saubiochimica)
Procese de separare
Materii prime
Produsefinite
Subproduse(Co-produse)
(Deseuri)
Recircularematerii prime
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 129
PROCESUL TEHNOLOGICPROCESUL TEHNOLOGIC
• Procesul tehnologic = ansamblul proceselor mecanice, fizice, chimice şi biochimice componente, concomitente sau ordonate în timp, necesare pentru obţinerea unui anumit produs.
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 130
PROCESUL TEHNOLOGICPROCESUL TEHNOLOGIC
80%
20%
Fizice
Chimice
Proportia dintre procesele fizice si chimice in industriile de proces
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 131
PROCESUL TEHNOLOGICPROCESUL TEHNOLOGIC
98%
2%
Fizice
Chimice
Proportia dintre procesele fizice si chimice in industriile de proces
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 132
OperatiiOperatii unitareunitare• Fiecare proces tehnologic este constituit
dintr-o serie de FAZE distincte, care se regasesc si la alte procese, dar in altaordine si in alte conditii.
• Conceptul de OPERATIE UNITARApermite sistematizarea unui nr. foarte mare de procese tehnologice.
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 133
OperatiiOperatii unitareunitare
• Procesele tehnologice sunt reduse la un numar limitat de OPERATII, ceea ceusureaza abordarea lor teoretica.
• Marea majoritate a fazelor unui procestehnologic (80 - 98 %) sunt bazate peFENOMENE FIZICE, al caror studiu revineOPERATIILOR UNITARE.
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 134
OperatiiOperatii unitareunitare• OPERATIA = faza distincta a unui proces
tehnologic: incalzire, racire, distilare, uscare, reactie chimica etc.
• OPERATIA UNITARA = faza unui procestehnologic bazata pe fenomene fizice.
• OPERATIA CHIMICA (PROCESUL CHIMIC) = faza unui proces tehnologicbazata pe reactii chimice (transformari de specii moleculare).
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 135
Concepte si Definitii
• Fenomenul care sta la baza unei operatiiunitare: FENOMEN FUNDAMENTAL.
• Pentru industriile de proces, fenomenefundamentale sunt:– Transferul (transportul) de impuls;– Transferul (transportul) de caldura;– Transferul (transportul) de masa.
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 136
De De cece esteeste necesarnecesar studiulstudiulOperatiilorOperatiilor UnitareUnitare ??
• Industriile de proces produc sute de mii de produse (chimicale, alimente, medicamente, vopsele, etc.) pornind de la zeci de mii de materiiprime, utilizand mii de procese tehnologicediferite.
• Practic este imposibil ca un INGINER DE PROCES sa le cunoasca pe toate …
• DAR:
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 137
De De cece esteeste necesarnecesar studiulstudiulOperatiilorOperatiilor UnitareUnitare ??
• Intr-un proces tehnologic exista relativputine procese chimice sau biochimice(2 pana la 20%);
• Foarte putine operatii sunt specificetehnologiei unui anumit produs:– Tocarea sfeclei de zahar in taitei in procesul de
obtinere a zaharului;– Obtinerea aschiilor din lemn utilizate in procesul
de obtinere a celulozei;
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 138
De De cece esteeste necesarnecesar studiulstudiulOperatiilorOperatiilor UnitareUnitare ??
• Majoritatea proceselor mecanice si fizicesunt comune unor tehnologii asemanatoaresau total diferite:– EX: Procesul de concentrare prin evaporare:
• Tehnologia zaharului;• Tehnologia acidului fosforic;• Tehnologia ingrasamintelor (uree, azotat de amoniu);• Recuperarea sulfatului de amoniu la fabricarea
caprolactamei;• Regenerarea lesiilor reziduale la fabricarea celulozei;• Hidrometalurgie, …
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 139
ConcentrareaConcentrarea prinprin evaporareevaporare
uree acid fosforic
celuloza zahar
sucuri de fructe
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 140
Abur(agent termic)
condens
Solutie diluata
Abur secundar(vapori secundari)
Produs(solutie concentrata)
evaporator
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 141
EVAPORATOARE CU FASCICUL TUBULAREVAPORATOARE CU FASCICUL TUBULAR
• Suprafata de incalzire:interiorul tevilorunui fascicultubular;
• Camera de incalzire: spatiuldintre tevi simantaua tubulara;
Aburincalzire
Condens
Abursecundar
Gazenecon-
densabile
Solutie
Solutie
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 142
EVAPORATOARE CU FASCICUL TUBULAREVAPORATOARE CU FASCICUL TUBULAR
• Separator de picaturi
• Camera de vapori• Fascicul tubular• Camera de
incalzire• Camera de
distributie
Aburincalzire
Condens
Abursecundar
Gazenecon-
densabile
Solutie
Solutie
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 143
De De cece esteeste necesarnecesar studiulstudiulOperatiilorOperatiilor UnitareUnitare ??
• Exista relativ putineutilaje specifice unuisingur scop: tocatoarede sfecla, cojitoare de lemn, …
• Majoritatea utilajelorsunt comune tuturorindustriilor de proces:
– mori, – filtre, – uscatoare, – centrifuge, – schimbatoare de caldura,– coloane de distilare, – decantoare, – evaporatoare, – condensatoare,
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 144
De De cece esteeste necesarnecesar studiulstudiulOperatiilorOperatiilor UnitareUnitare ??
• Exista cateva zeci de operatii unitare care acopera toate fazele din marea majoritate a industriilor de proces;
• Aceste operatii unitare sunt bazate pe treiprocese fundamentale :– Transferul/Transportul de impuls;– Transferul/Transportul de caldura;– Transferul/Transportul de masa.
• Alaturi de acestea mai exista o serie de operatii mecanice.
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 145
OPERATII MECANICEOPERATII MECANICE• Depozitarea si transportul
solidelor• Dozarea solidelor
granulare si pulverulente• Maruntirea solidelor
(concasare, macinare…)• Clasarea particulelor
solide (cernerea, sitarea)• Amestecarea particulelor
solide
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 146
OPERATII HIDRODINAMICEOPERATII HIDRODINAMICE• Operatii bazate pe transferul de impuls:
– Transportul si dozarea lichidelor– Comprimarea si transportul gazelor– Amestecarea (L-L; L-S; L-G; S-G)– Sedimentarea– Filtrarea– Purificarea gazelor– Separarile centrifugale
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 147
OPERATII TERMICEOPERATII TERMICE• Operatii bazate pe
transferul de caldura:– Incalzirea– Racirea– Fierberea– Condensarea– Evaporarea
(concentrarea solutiilor)
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 148
OPERATII DIFUZIONALEOPERATII DIFUZIONALE• Operatii bazate pe
transferul de masa:– Uscarea– Cristalizarea– Absorbtia gazelor– Adsorbtia– Extractia S - L– Extractia L - L– Extractia cu fluide
supercritice– Distilarea si rectificarea
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 149
filtrarea
sedimentarea
centrifugareaamestecarea
incalzirea
racirea
fierberea
condensarea
evaporarea
uscarea
cristalizarea
distilarea
absorbtia
adsorbtia
extractia L - L
sublimarea
Transfer de impuls
Transfer de caldura siimpuls
Transfer de masasi impuls
Transfer de caldura, masa si impuls
transportul lichidelor si gazelor
extractia S - L
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 150
PROCESE DE SEPARARE PROCESE DE SEPARARE PRIN MEMBRANEPRIN MEMBRANE
• Microfiltrarea in curent incrucisat
• Ultrafiltrarea• Osmoza inversa• Electrodializa• Pervaporarea
© Lucian Gavrila – Operatii Unitare 151
PROCESE DE SEPARAREPROCESE DE SEPARAREFIZICOFIZICO--CHIMICECHIMICE
• Schimbul ionic• Separarile cromatografice• Electroforeza